JPH0730327A - 高周波lc型発振回路の温度補償回路 - Google Patents

高周波lc型発振回路の温度補償回路

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Publication number
JPH0730327A
JPH0730327A JP17425693A JP17425693A JPH0730327A JP H0730327 A JPH0730327 A JP H0730327A JP 17425693 A JP17425693 A JP 17425693A JP 17425693 A JP17425693 A JP 17425693A JP H0730327 A JPH0730327 A JP H0730327A
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JP
Japan
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temperature
circuit
high frequency
characteristic
cob
Prior art date
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Pending
Application number
JP17425693A
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English (en)
Inventor
Hiroyasu Yamamoto
博康 山本
Kiyohiko Izumi
清彦 和泉
Mitsuru Sato
満 佐藤
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Iwaki Electronics Co Ltd
Original Assignee
Iwaki Electronics Co Ltd
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Publication date
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高周波LC型発振回路からの信号
の増幅時に温度補償を行なう温度補償回路に関し、発振
を構成するLC型発振回路の温度特性に着目しただけで
は発振周波数の温度変化の改善が困難である増幅部の寄
生容量の温度変化を抑制し、一定の発振周波数を発生さ
せることを目的とする。 【構成】 LC発振回路からの高周波信号を入力端に入
力すると共に当該入力端に、電源電圧を抵抗Rtと負特
性素子Rt1(あるいは正特性素子Rt2と抵抗R
t’)とで分圧したバイアス電圧を供給して増幅部の寄
生容量を温度補償し、増幅した高周波信号を出力するよ
うに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波LC型発振回路
からの信号の増幅時に温度補償を行なう温度補償回路に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、高周波LC型発振回路、例えば数
GHzの高周波を発振するLC型の発振回路は、発振を
構成する部分にコンデンサやコイルなどの持つ温度特性
を利用し、温度による周波数変動を抑えていた。例えば
コンデンサ部分に温度補償型のコンデンサを使用し、温
度が変化しても当該コンデンサによって結果として発振
回路の合成容量が同じになるように補償し、一定の周波
数の信号を得るようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、発振周波数が
上記数GHzにも高くなるにつれて、当該高周波LC型
発振回路の増幅部のトランジスタによる寄生容量によっ
て温度変化に対して大きく影響され、温度変化に対して
一定の周波数の信号を得られなくなってしまう問題が発
生した。このため、高周波LC型発振回路において、増
幅部も含めた温度変化に依存しない一定の周波数の信号
を発生することが望まれている。
【0004】本発明は、これらの問題を解決するため、
発振を構成する高周波LC型発振回路の温度特性に着目
しただけでは発振周波数の温度変化の改善が困難である
増幅部の寄生容量を抑制し、一定の発振周波数を発生さ
せることを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理構
成図を示す。図1において、高周波LC型発振回路1
は、LC型の高周波発振回路である。
【0006】温度補償回路2は、高周波LC型発振回路
1からの高周波信号を増幅するものであって、増幅素子
3の入力端に高周波信号を入力して増幅したり、当該入
力端に抵抗と負特性素子Rt1あるいは正特性素子Rt
2で分圧したバイアス電圧を印加して増幅部の寄生容量
を温度補償したりなどするものである。
【0007】増幅素子3は、入力端に入力された高周波
信号を増幅するものである。負特性素子Rt1、正特性
素子Rt2は、温度変化に対応して負特性あるいは正特
性の抵抗変化する素子である。
【0008】
【作用】本発明は、図1に示すように、高周波LC発振
回路1からの高周波信号を増幅素子3の入力端に入力す
ると共に当該増幅素子3の入力端に、電源電圧を抵抗R
tと負特性素子Rt1とで分圧したバイアス電圧を供給
して増幅部の寄生容量を温度補償し、増幅した高周波信
号を出力するようにしている。
【0009】また、高周波LC発振回路1からの高周波
信号を増幅素子3の入力端に入力すると共に当該増幅素
子3の入力端に、電源電圧を正特性素子Rt2と抵抗R
t’とで分圧したバイアス電圧を供給して増幅部の寄生
容量を温度補償し、増幅した高周波信号を出力するよう
にしている。
【0010】従って、発振を構成する高周波LC型発振
回路1の温度特性に着目しただけでは発振周波数の温度
変化の改善が困難である増幅部の寄生容量を温度補償回
路2によって抑制することにより、一定の発振周波数を
発生させることが可能となった。
【0011】
【実施例】次に、図1から図18を用いて本発明の実施
例の構成および動作を順次詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明の原理構成図を示す。図1
の(a)は、負特性素子を用いた原理構成図を示す。図
1の(a)において、LC型発振回路1は、LC型の発
振回路であって、例えば誘電体共振器とコンデンサ(例
えばバラクタダイオード)を接続した高周波(例えば数
GHz)の発振回路である。このLC型発振回路1から
の高周波信号は、増幅素子3の入力端に入力する。
【0013】温度補償回路2は、増幅素子3の入力端
に、電源電圧を抵抗Rtと負特性素子Rt1とによって
分圧したバイアス電圧を印加して温度による容量変化を
補償する回路であって、固定抵抗Rt、R1、R2、負
特性素子Rt1などから構成されるものである。
【0014】増幅素子3は、高周波信号を増幅するもの
であって、トランジスタ、FET、GaAs、HEMT
などの増幅素子である。負特性素子Rt1は、温度の上
昇に伴い抵抗値が減少する素子であって、例えば負特性
のサーミスタなどである。
【0015】抵抗Rt、R1、R2は、電圧を分圧した
り、流れる電流を制限したりなどするためのものであ
る。図1の(b)は、正特性素子を用いた原理構成図を
示す。ここでは、LC型発振回路1、増幅素子3、抵抗
R1、R2は、図1の(b)のものと同一であるので説
明を省略する。
【0016】図1の(b)において、温度補償回路2
は、増幅素子3の入力端に、電源電圧を正特性素子Rt
2と抵抗Rt’とによって分圧したバイアス電圧を印加
して温度による容量変化を補償する回路であって、固定
抵抗Rt’、R1、R2、正特性素子Rt2などから構
成されるものである。
【0017】正特性素子Rt2は、温度の上昇に伴い抵
抗値が増加する素子であって、例えば正特性のサーミス
タなどである。抵抗Rt’は、電圧を分圧するものであ
る。
【0018】増幅素子3は、入力端に入力された高周波
信号を増幅するものである。図2は、本発明の一例とし
ての回路構成図を示す。この例は、クラップ回路を使用
しているが、コルピッツ回路などの他の発振回路にも適
用可能である。ここで、点線で囲んだように、LC型発
振回路1は、LとC1、C2、C3およびCobとの並
列回路からなり、実際は既述した誘電体共振器およびバ
ラクタダイオード、コンデンサを並列接続した発振回路
であり、数GHzの周波数の高周波信号を発振する発振
回路である。また、温度補償回路2は、図示のように増
幅素子3としてトランジスタを用い、ベース−エミッタ
間の容量C2、エミッタ−コレクタ間の容量C3、およ
び本発明に係る温度補償用に用いるバイアス電圧によっ
て変化するベース−コレクタ間の容量(寄生容量)Co
bを、LC型発振回路1に図示のように接続した等価回
路となる。
【0019】この等価回路の発振周波数fは、下記の
(式1)によって表される。 また、このときの合成容量Cは、下記の(式2)によっ
て表される。
【0020】 ここで、図2の寄生容量Cobは、図3に示す[Cob
−温度特性]を持つので、結果として発振周波数は図4
に示す[発振周波数−温度特性]となり、温度Ta°C
の上昇に伴い、周波数Fが低下しようとする。
【0021】しかし、寄生容量Cobは、図2のトラン
ジスタのコレクタ−ベース間の電圧Vcbに対して、図
5に示す[Cob−Bcb特性]を持つことから、温度
に対してコレクタ−ベース間の電圧Vcbを変化させる
ことで、寄生容量Cobの温度変化を押さえ、一定にす
ることができる。即ち、図3の[Cob−温度特性]
と、図5の[Cob−Vcb特性]とを作用させること
により、Cobが温度に依存しなく一定に保持でき、結
果として、(式2)のCが一定となり、(式1)によっ
て図2のLC型発振回路1および温度補償回路2による
トランジスタからの出力される高周波信号の周波数を温
度に関係しなく、一定の高周波信号を出力することが可
能となる。
【0022】図3は、本発明の動作説明図[Cob−温
度特性]を示す。これは、図2でトランジスタTrの温
度を変化させたときのベース−コレクタ間の寄生容量C
obの変化の関係である。温度Ta°Cが上昇するに従
い、寄生容量Cob[PF]が増大する。
【0023】図4は、本発明の動作説明図[発振周波数
−温度特性]を示す。これは、図3に示す[Cob−温
度特性]を持つときの発振周波数F[MHz]の関係で
ある。温度Ta°Cが上昇するに従い、発振周波数F
[MHz]は低くなる。
【0024】図5は、本発明の動作説明図[Cob−V
cb特性]を示す。これは、図2のトランジスタTrの
ベース−コレクタ間の電圧Vcbと、そのときのCob
の変化の関係である。Vcbを増大させると、Cobは
減少する。
【0025】次に、図1の(a)の回路に図2を適用し
た場合について図6から図11を用いて詳細に説明す
る。図6は、本発明の具体回路例を示す。これは、図1
の(a)の回路構成の具体回路例を示す。
【0026】図6において、LC型発振回路1は、C
1、C2、C3およびCobとDR(誘電体共振器)か
ら構成され、C1、C2、C3およびCobとLの並列
回路で表されるものである。
【0027】負特性素子Rt1は、負特性のサーミスタ
などであって、温度上昇に伴い抵抗値が小さくなる素子
である。従って、トランジスタTrのベース(入力端)
には、抵抗Rtと負特性素子Rt1とによって電源電圧
を分圧した電圧を供給している。以下動作を説明する。
【0028】(1) 素子Rt1の抵抗値と、トランジ
スタTrのコレクタ−ベース間に印加される電圧Vcb
の関係は、図7に示す[Vcb−Rt1特性]となる。
この[Vcb−Rt1特性]は、図示のように、Rt1
の抵抗値が増大すると、Vcbは小さくなる。従って、
このRt1を負特性素子Rt1とすることにより、図8
に示す[Rt1−温度特性]を得る。これにより、図9
に示す[Vcb−温度特性]となり、正の傾きを持つ温
度特性とすることができる。
【0029】(2) (1)により、温度低下したとき
に寄生容量Cobが減少するのをコレクタ−ベース間の
電圧Vcbを減少させて増大させ、一方、温度上昇した
ときに寄生容量Cobが増大するのをコレクタ−ベース
間の電圧Vcbを増大させて減少させることで、結果と
して、温度の上昇あるいは温度の低下するという温度変
化に対応して、寄生容量Cob’の値を図10に示す
[Cob’−温度特性]のように、一定に保持すること
ができる。
【0030】(3) (2)で[Cob’−温度特性]
を温度に依存しなく一定に保持することにより、図11
に示す[発振周波数−温度特性]となり、温度に依存し
なく一定の発振周波数を増幅して出力することが可能と
なる。
【0031】以上のように動作させることにより、寄生
容量Cobの温度に対する変化を、周辺回路である図6
のトランジスタTrおよび負特性素子Rt1などから構
成される温度補償回路2を用いて小さく抑制することが
可能となり、発振周波数を一定に保持したままで安定し
て増幅した高周波信号を出力することができる。この
際、図6のトランジスタTrの寄生容量Cobの温度に
対する変化のみでなく、LC型発振回路1の温度変化に
よるC1などの変化に対しても同様に補償し、結果とし
てトランジスタTrで増幅して出力する高周波信号の周
波数を一定に保持させるようにしてもよい。
【0032】図7は、本発明の動作説明図[Vcb−R
t1特性]を示す。これは、図6で素子Rt1の値を変
化させたときのベース−コレクタ間の電圧Vcbの変化
の関係である。素子Rt1の値が増大するに従い、電圧
Vcbが減少する。
【0033】図8は、本発明の動作説明図[Rt1−温
度特性]を示す。これは、図6で素子Rt1を負特性素
子としたときのRt1の値の変化の関係である。温度T
a°Cが上昇するに従い、抵抗値Rt1が減少する。こ
のように、素子Rt1を負特性素子にすることにより、
図9の[Vcb−温度特性]を正の傾きにすることがで
きる。
【0034】図9は、本発明の動作説明図[Vcb−温
度特性]を示す。これは、図6で負特性素子Rt1とし
たときの温度Ta°Cと電圧Vcbの関係である。温度
Ta°Cが上昇するに伴い、電圧Vcbが増加する。
【0035】図10は、本発明の動作説明図[Cob’
−温度特性]を示す。これは、図6で負特性素子Rt1
を用いたときの寄生容量Cob’と温度Ta°Cとの関
係であって、温度に対して寄生容量Cob’が一定に保
持される。
【0036】図11は、本発明の動作説明図[発振周波
数−温度特性]を示す。これは、図10に示す[Co
b’−温度特性]を持つときの発振周波数F[MHz]
の関係である。温度Ta°Cが変化しても一定の発振周
波数F[MHz]となる。
【0037】次に、同様に、図1の(b)の回路に図2
を適用した場合について図12から図17を用いて詳細
に説明する。図12は、本発明の他の具体回路例を示
す。これは、図1の(b)の回路構成の具体回路例を示
す。
【0038】図12において、LC型発振回路1は、C
1、C2、C3およびCobとDR(誘電体共振器)か
ら構成され、C1、C2、C3およびCobとLとの並
列回路で表されるものである。
【0039】正特性素子Rt2は、正特性のサーミスタ
などであって、温度上昇に伴い抵抗値が大きくなる素子
である。従って、トランジスタTrのベース(入力端)
には、正特性素子Rt2と抵抗Rt’とによって電源電
圧を分割した電圧を供給している。以下動作を説明す
る。
【0040】(1) 素子Rt2の抵抗値と、トランジ
スタTrのコレクタ−ベース間に印加される電圧Vcb
の関係を、図13に示す[Vcb−Rt2特性]とな
る。この[Vcb−Rt2特性]は、図示のように、R
t2の抵抗値が増大すると、Vcbは大きくなる。従っ
て、このRt2を正特性素子Rt2とすることにより、
図14に示す[Rt2−温度特性]を得る。これによ
り、図15に示す[Vcb−温度特性]となり、正の傾
きを持つ温度特性とすることができる。
【0041】(2) (1)により、温度低下したとき
に寄生容量Cobが減少するのをコレクタ−ベース間の
電圧Vcbを減少させて増大させ、一方、温度上昇した
ときに寄生容量Cobが増大するのをコレクタ−ベース
間の電圧Vcbを増大させて減少させることで、結果と
して、温度の上昇あるいは温度の低下するという温度変
化に対応して、寄生容量Cob’の値を図16に示す
[Cob’−温度特性]のように、一定に保持すること
ができる。
【0042】(3) (2)で[Cob’−温度特性]
を温度に依存しなく一定に保持することにより、図17
に示す[発振周波数−温度特性]となり、温度に依存し
なく一定の発振周波数を増幅して出力することが可能と
なる。
【0043】以上のように動作させることにより、寄生
容量Cobの温度に対する変化を、周辺回路である図1
2のトランジスタTrおよび正特性素子Rt2などから
構成される温度補償回路2を用いて小さく抑制すること
が可能となり、発振周波数を一定に保持したままで安定
して増幅した高周波信号を出力することができる。この
際、図12のトランジスタTrの寄生容量Cobの温度
に対する変化のみでなく、LC型発振回路1の温度変化
によるC1などの変化に対しても同様に補償し、結果と
してトランジスタTrで増幅して出力する高周波信号の
周波数を一定に保持させるようにしてもよい。
【0044】図13は、本発明の他の動作説明図[Vc
b−Rt2特性]を示す。これは、図12で素子Rt2
の値を変化させたときのベース−コレクタ間の電圧Vc
bの変化の関係である。素子Rt2の値が増大するに従
い、電圧Vcbが増大する。
【0045】図14は、本発明の他の動作説明図[Rt
2−温度特性]を示す。これは、図12で素子Rt2を
正特性素子としたときのRt2の値の変化の関係であ
る。温度Ta°Cが上昇するに従い、抵抗値Rt2も増
大する。このように、素子Rt2を正特性素子にするこ
とにより、図15の[Vcb−温度特性]を正の傾きに
することができる。
【0046】図15は、本発明の他の動作説明図[Vc
b−温度特性]を示す。これは、図12で正特性素子R
t2としたときの温度Ta°Cと電圧Vcbの関係であ
る。温度Ta°Cが上昇するに伴い、電圧Vcbが増大
する。
【0047】図16は、本発明の他の動作説明図[Co
b’−温度特性]を示す。これは、図12で正特性素子
Rt2を用いたときの寄生容量Cob’と温度Ta°C
との関係であって、温度に対して寄生容量Cob’が一
定に保持される。
【0048】図17は、本発明の他の動作説明図[発振
周波数−温度特性]を示す。これは、図16に示す[C
ob’−温度特性]を持つときの発振周波数F[MH
z]の関係である。温度Ta°Cが変化しても一定の発
振周波数F[MHz]となる。
【0049】図18は、本発明の温度補償実測例を示
す。これは、図6から図11および図12から図17の
具体回路例について測定したものである。図18の
(a)は、周波数に対する温度補償改善前の特性を示
す。この温度補償改善前では、温度Taを−20°C、
25°C、+70°Cについて周波数変化ΔF[MH
z]を求めると図示のように、25°Cに比し、前者で
約+100ppm/°C変化し、後者で約−160pp
m/°C変化した。
【0050】図18の(b)は、周波数に対する温度補
償改善後の特性を示す。この温度補償改善後は、既述し
た図6あるいは図12の具体回路例の温度補償回路2に
よって温度補償したときの実測例であり、25°Cに対
して、−20°Cおよび+70°Cでほんの僅かだけ周
波数が変化したのみでほぼ一定の周波数に保持できた。
【0051】以上のように、図6あるいは図12に示す
ように、LC型発振回路1の温度補償回路2中の負特性
素子Rt1あるいは正特性素子Rt2によって増幅素子
3の寄生容量Cobの値を温度に依存しなく一定に補
償、更に、LC型発振回路1のC1などの容量の値も温
度に依存しなく一定に補償することにより、増幅した一
定周波数の高周波信号を出力することが可能となった。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
LC発振回路1からの高周波信号を入力端に入力すると
共に当該入力端に、電源電圧を抵抗Rtと負特性素子R
t1あるいは正特性素子Rt2と抵抗Rt’とで分圧し
たバイアス電圧を供給して増幅部の寄生容量を温度補償
し、増幅した高周波信号を出力する温度補償回路2を備
える構成を採用しているため、温度変化に対して安定な
周波数の高周波信号を出力する高周波LC型発振器を実
現できる。これにより、従来の発振を構成するLC型発
振回路1の温度特性に着目しただけでは発振周波数の温
度変化の改善が困難である増幅部の寄生容量を含めて、
本発明に係る温度補償回路2によって抑制し、一定の発
振周波数を容易に発生させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の一例としての回路構成図である。
【図3】本発明の動作説明図[Cob−温度特性]であ
る。
【図4】本発明の動作説明図[発振周波数−温度特性]
である。
【図5】本発明の動作説明図[Cob−Vcb特性]で
ある。
【図6】本発明の具体回路例である。
【図7】本発明の具体回路説明図[Vcb−Rt1特
性]である。
【図8】本発明の具体回路説明図[Rt1−温度特性]
である。
【図9】本発明の具体回路説明図[Vcb−温度特性]
である。
【図10】本発明の具体回路説明図[Cob’−温度特
性]である。
【図11】本発明の具体回路説明図[発振周波数−温度
特性]である。
【図12】本発明の他の具体回路例である。
【図13】本発明の他の具体回路説明図[Vcb−Rt
2特性]である。
【図14】本発明の他の具体回路説明図[Rt2−温度
特性]である。
【図15】本発明の他の具体回路説明図[Vcb−温度
特性]である。
【図16】本発明の他の具体回路説明図[Cob’−温
度特性]である。
【図17】本発明の他の具体回路説明図[発振周波数−
温度特性]である。
【図18】本発明の温度補償実測例である。
【符号の説明】
1:LC型発振回路 2:温度補償回路 3:増幅素子 R1、R2、Rt、Rt’:固定抵抗 Rt1:負特性素子 Rt2:正特性素子 Cob:寄生容量 Vcb:ベース−コレクタ間の電圧 C1、C2、C3:容量 L:コイル(インダクタンス) DR:誘電体共振器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年12月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】しかし、寄生容量Cobは、図2のトラン
ジスタのコレクタ−ベース間の電圧Vcbに対して、図
5に示す[Cob−Vcb特性]を持つことから、温度
に対してコレクタ−ベース間の電圧Vcbを変化させる
ことで、寄生容量Cobの温度変化を押さえ、一定にす
ることができる。即ち、図3の[Cob−温度特性]
と、図5の[Cob−Vcb特性]とを作用させること
により、Cobが温度に依存しなく一定に保持でき、結
果として、(式2)のCが一定となり、(式1)によっ
て図2のLC型発振回路1および温度補償回路2による
トランジスタからの出力される高周波信号の周波数を温
度に関係しなく、一定の高周波信号を出力することが可
能となる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0049
【補正方法】変更
【補正内容】
【0049】図18は、本発明の温度補償実測例を示
す。これは、図6から図11および図12から図17の
具体回路例について測定したものである。図18の
(a)は、周波数に対する温度補償改善前の特性を示
す。この温度補償改善前では、温度Taを−20°C、
25°C、+70°Cについて周波数変化率ΔF[pp
m/°C]を求めると図示のように、25°Cに比し、
前者で約+100ppm/°C変化し、後者で約−16
0ppm/°C変化した。
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正8】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図12
【補正方法】変更
【補正内容】
【図12】
【手続補正9】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図13
【補正方法】変更
【補正内容】
【図13】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高周波LC型発振回路からの信号の増幅時
    に温度補償を行なう温度補償回路において、 高周波LC発振回路からの高周波信号を入力端に入力す
    ると共に当該入力端に、電源電圧を抵抗Rtと負特性素
    子Rt1とで分圧したバイアス電圧を供給して増幅部の
    寄生容量を温度補償し、増幅した高周波信号を出力する
    ことを特徴とする高周波LC型発振回路の温度補償回
    路。
  2. 【請求項2】高周波LC型発振回路からの信号の増幅時
    に温度補償を行なう温度補償回路において、 高周波LC発振回路からの高周波信号を入力端に入力す
    ると共に当該入力端に、電源電圧を正特性素子Rt2と
    抵抗Rt’とで分圧したバイアス電圧を供給して増幅部
    の寄生容量を温度補償し、増幅した高周波信号を出力す
    ることを特徴とする高周波LC型発振回路の温度補償回
    路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112994617A (zh) * 2021-04-13 2021-06-18 苏州英诺迅科技股份有限公司 一种改善频率温漂特性的振荡器电路结构

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